DE102012017398A1

DE102012017398A1 - Sicherheitsetikett mit einem Zufallsmuster und einer Repräsentation des Zufallsmusters

Info

Publication number: DE102012017398A1
Application number: DE102012017398A
Authority: DE
Inventors: Matthias Nöll
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2013-02-21

Abstract

Ein Sicherheitsetikett (1), umfassend einen Grundkörper (2), welchem ein Zufallsmuster (3, 3') und eine Repräsentation (4, 4') des Zufallsmusters (3, 3') zugeordnet ist, ist im Hinblick auf die Aufgabe, eine hohe Trennschärfe bei der Klassifikation von echten und falschen Etiketten sicher zu stellen, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) Mittel (5) aufweist, durch welche Vergleichsinformationen und/oder Vergleichsdaten erfassbar sind, welche Abweichungen zwischen dem Zufallsmuster (3) und dessen Repräsentation (4, 4') identifizieren. Diese Aufgabe löst auch ein Verfahren zur Erkennung farbiger Zufallsmuster (3') auf einem Sicherheitsetikett (1), bei welchem Auswirkungen von Reflexionen bei der Weiterverarbeitung aufgenommener Bilder vermieden werden, indem statt oder ergänzend zur Auswertung helligkeitsbasierter Grauwertbilder, Grauwertbilder verwendet werden, welche durch Auswertung von Farbkanälen gewonnen sind, wobei Farbkanäle ausgewertet werden, um einen nachteiligen Einfluss von Reflexionen in einer Farbaufnahme zu vermeiden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsetikett nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Erkennung farbiger Zufallsmuster auf einem Sicherheitsetikett gemäß Patentanspruch 10.
Derzeit werden Sicherheitsetiketten auf der Grundlage eines Zufallsmusters erstellt. Als Zufallsmuster wird ein Kupferdrahtmuster verwendet. Ein solches Kupferdrahtmuster wird durch Streuen von Kupferdrähten auf eine Unterlage erzeugt.
Darauf wird eine Repräsentation des Zufallsmusters erstellt, welche ein konkretes Zufallsmuster individuell beschreibt. Eine kodierte Repräsentation ist als sogenannter QR-Code, nämlich als 2D-Code oder Matrix-Code, ausgestaltet
Auf jedes Sicherheitsetikett wird dann ein solcher QR-Code gedruckt. Es hat sich herausgestellt, dass eine Repräsentation eines Zufallsmusters häufig an sehr wenigen Stellen, zumeist nur an einer Stelle, vom Zufallsmuster abweicht.
Sofern eine hohe Trennschärfe zwischen echten und gefälschten Sicherheitsetiketten angewendet wird, können diese Abweichungen zu einer Fehlklassifikation führen.
Bei einer hohen Trennschärfe können beispielsweise nur ca. 40% der Sicherheitsetiketten verwendet werden, wobei der Rest als Ausschuss verworfen werden müsste. Hierdurch würde nicht nur ein hoher Ausschuss anfallen, sondern eine industrielle Produktion wäre nahezu nicht realisierbar. Eine Rolle mit Sicherheitsetiketten darf nämlich nur sehr kurze Ausschusslücken enthalten.
Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Vorrichtungen und Verfahren bekannt, welche Zufallsmuster zur Herstellung eines Fälschungsschutzes einsetzen.
Die Zufallsmuster sind auf Sicherheitsetiketten oder direkt auf der Verpackung oder auf dem Produkt vorgesehen. Es ist insbesondere bekannt, ein Zufallsmuster zu erfassen, eine Repräsentation des Zufallsmusters zu erstellen und später die Repräsentation mit dem Zufallsmuster zu vergleichen.
Vor diesem Hintergrund beschreibt die US 7 664 290 B2 ein Verfahren zum Dokumentenschutz und eine zugehörige Bildverarbeitung mit der Kodierung eines Bildes. Es wird geprüft, ob das resultierende kodierte Bild einem verfügbaren Speicher zuordenbar ist.
Die US 7 639 820 B2 offenbart ein Verfahren zum Dokumentenschutz mit einem Mikro-Muster.
In der US 2009 116 075 A1 wird ein Bildmuster eingelesen, daraus eine Repräsentation ermittelt und daraus ein kodiertes Bild erzeugt, welches dann auf ein Medium gedruckt wird.
Die EP 2 000 992 A1 offenbart eine Authentifizierung von Sicherheitsdokumenten, insbesondere von Banknoten. Ein Bildausschnitt einer Banknote wird als Zufallsmuster betrachtet und an Hand von Vergleichsmerkmalen kodiert.
Die EP 2 024 899 A1 zeigt ein datenbankgestütztes Verfahren zur Identifikation an Hand von auf einer Aufnahme erkannter Mikrostrukturen.
US 2010 025 478 A1 lehrt eine Verfolgung pharmazeutischer Produkte. Des Weiteren wird eine Methode zum Drucken eines Sicherheitsdokuments mit Zufallsmuster offenbart.
Die EP 1 597 083 B1 zeigt ein Sicherheitselement und ein Druckverfahren. Ein Verfahren dient zum Herstellen eines Zufallsmusters, nämlich eines Sicherheitselements, welches beispielsweise auf Sicherheitsetiketten einsetzbar ist.
Die US 4 423 415 A offenbart ein Echtheitsprüfungssystem mit einem Zufallsmuster und einer Repräsentation des Zufallsmusters.
Aus der DE 103 04 805 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Sicherheitskennzeichen bekannt. Ein Zufallsmuster dient als Kopierschutz und ein aus dem Zufallsmuster extrahierter Fingerabdruck als Zertifikat. Ein Zertifizierungsgerät weist eine Software zur Aufnahme von Zufallsmustern und zum Vergleich von Fingerabdrücken auf. Es erfolgt das Speichern eines Fingerabdrucks als Zertifikat oder Prüfcode auf demselben Objekt, von welchem es extrahiert wurde.
Die WO 2005 029 447 A1 zeigt ein Fälschungsschutzetikett mit einem 2D-Code. Ein „fiber image” und eine Seriennummer werden mittels eines Algorithmus verknüpft und in den 2D-Code codiert. Neben Bildverarbeitung und Kryptografie behandelt die Druckschrift eine als Klartext gedruckte Seriennummer oder ein Äquivalent.
Die DE 10 2009 016 194 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitsmerkmals auf einem flachen Substrat. Es wird eine mögliche Repräsentation eines Zufallsmusters mit Draht oder Faserstücken beschrieben, bei welcher die Stücke durch Polygonzüge angenähert werden. So können mit nur 117 Bytes 10 Draht- oder Faserstücke hinreichend genau beschrieben werden.
Aus der DE 10 2009 030 581 A1 ist ein Verfahren zum Erzeugen einer Markierung auf einem Substrat für ein Druckprodukt bekannt. Es wird ein Verfahren zur Erzeugung eines Zufallsmusters mit Kaltfolien beschrieben, das auf Sicherheitsetiketten verwendet werden kann. Das Zufallsmuster ist mit bloßem Auge nicht wahrnehmbar und wird technisch erfasst.
Die US 7 664 486 B2 beschreibt ein datenbankgestütztes Verfahren mit einem Sicherheitsetikett zur Echtheitsprüfung.
Aus der DE 10 2009 008 779 A1 ist ein Verfahren zum Überprüfen der Echtheit eines Druckprodukts bekannt.
Bei einem Sicherheitsetikett wird ein Vergleichsmerkmal, beispielsweise ein 2D-Code, mit einem dem Druckprodukt zugeordneten Zufallsmerkmal verglichen. Das Überprüfen der Echtheit kann mit einem tragbaren Kommunikationsmittel erfolgen.
Insoweit ist aus dem Stand der Technik bekannt, auf einem Grundkörper eines Sicherheitsetiketts ein Zufallsmuster und eine Repräsentation, insbesondere eine kodierte Repräsentation, dieses Zufallsmusters aufzubringen.
Das Zufallsmuster kann mit einer Kamera erfasst werden und werksseitig von einem Rechner mit einem geheimen Schlüssel in eine kodierte Repräsentation überführt werden. Der geheime Schlüssel kann dabei zur Verschlüsselung oder Signierung dienen. Die kodierte Repräsentation kann neben dem Zufallsmuster auf dem Grundkörper aufgedruckt sein.
Bei einer Echtheitsprüfung oder Validierung kann die kodierte Repräsentation beispielsweise mit einer Kamera eines Handys erfasst werden. Dies kann über einen öffentlichen Schlüssel erfolgen. Darauf kann die kodierte Repräsentation in ein Bild des Zufallsmusters überführt und auf einer Anzeige des Handys angezeigt werden.
Der Nutzer kann dann das Bild des Zufallsmusters mit dem realen Zufallsmuster auf dem Grundkörper vergleichen und so eine Echtheitsprüfung vornehmen. Ebenso wie die kodierte Repräsentation kann auch das Zufallsmuster selbst beispielsweise mit einer Kamera eines Handys erfasst werden. Dann kann das aus der erfassten kodierten Repräsentation überführte Bild des Zufallsmusters mit dem durch die Kamera erfassten Bild des Zufallsmusters automatisch verglichen und so die Echtheitsprüfung automatisch ausgeführt werden.
In der Praxis tritt häufig das Problem auf, dass eine Repräsentation das Zufallsmuster nur unzureichend beschreibt. Dieses Problem wird im Stand der Technik nicht ausreichend gewürdigt und behandelt.
Bei der industriellen Sicherheitsetikettenproduktion werden Repräsentationen der Zufallsmuster automatisch erzeugt. Vor diesem Hintergrund werden sehr viele Sicherheitsetiketten erstellt. In der Praxis kommt es aber häufig zu Abweichungen zwischen dem Zufallsmuster und dessen Repräsentation.
Diesem Problem könnte man begegnen, indem man die mangelbehafteten Sicherheitsetiketten bereits während der Produktion erkennt und aussortiert. Hierdurch entstünde eine hohe Ausschussquote mit entsprechend hohen Kosten für Material und Vorrichtungen zur Vermeidung von Lücken auf den Sicherheitsetikettenrollen.
Man könnte dem Problem auch begegnen, indem die Klassifikationsschwelle, wann ein Sicherheitsetikett als „echt” klassifiziert wird, niedriger angesetzt wird. Konkret könnte man sie so niedrig ansetzen, dass auch bei solchen Abweichungen zwischen Repräsentation und Zufallsmuster noch eine Klassifikation als „echt” erfolgt.
Dies allerdings würde eine geringe Trennschärfe zwischen echten und gefälschten Sicherheitsetiketten bedeuten und damit das Fälschen von Produkten erleichtern. Die durch Sicherheitsetiketten zu gewährleistende Sicherheit, dass ein Produkt echt ist, würde sinken.
Mit verschiedenen Maßnahmen lässt sich die Zahl falscher Klassifizierungen bei der Validierung mit Smartphones reduzieren.
Durch sehr niedriges Ansetzen der Klassifikationsschwelle, wann ein Sicherheitsetikett als „echt” klassifiziert wird, kann die Echtheitsprüfung toleranter ausgeführt werden. Die Klassifikation als „echt” erfolgt dann auch bei geringen Abweichungen zwischen Zufallsmuster und dessen Repräsentation. Fälschungen werden dann aber nicht mehr so sicher erkannt.
Die Erzeugung der Repräsentationen kann verbessert werden, so dass es zu weniger Abweichungen zwischen der Repräsentation und dem Zufallsmuster kommt. Damit kann der Anteil von Sicherheitsetiketten mit guter Übereinstimmung zwischen Repräsentation und Zufallsmuster gesteigert werden. Dies ist jedoch nur in begrenztem Umfang möglich.
Durch eine automatische Qualitätskontrolle können Sicherheitsetiketten als Ausschuss von der Sicherheitsetikettenrolle entfernt werden, deren Repräsentation das zugehörige Zufallsmuster nicht hinreichend genau beschreibt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hohe Trennschärfe bei der Klassifikation von echten und falschen Etiketten sicher zu stellen.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 10 gelöst.
Erfindungsgemäß werden auf einem Sicherheitsetikett Mittel vorgesehen, durch welche Vergleichsinformationen und/oder Vergleichsdaten erfassbar sind, welche Abweichungen zwischen dem Zufallsmuster und dessen Repräsentation identifizieren. So können echte von unechten Sicherheitsetiketten zuverlässiger unterschieden werden.
Erfindungsgemäß ist insbesondere erkannt worden, dass ein Zufallsmuster oder eine Darstellung des Zufallsmusters, beispielsweise eine Aufnahme mit einer Industriekamera, mit einer Repräsentation des Zufallsmusters werksseitig verglichen werden muss. Dieser Vergleich muß vor der eigentlichen Echtheitsprüfung eines Sicherheitsetiketts im Feld noch werksseitig vorgenommen werden, um Abweichungen frühzeitig zu erfassen.
Weiter ist erkannt worden, dass eine Speicherung von aus dem vorab vorgenommenen Vergleich gewonnener Information in irgendeiner Form erfolgen muss. Insbesondere können die Nummern der Vergleichsmerkmale oder Vergleichsstellen, bei denen sich große Abweichungen zwischen einem Zufallsmuster und einer Repräsentation ergeben, gemeinsam mit der Repräsentation in einer Datenbank gespeichert oder kodiert innerhalb eines 2D-Codes neben das Zufallsmuster auf das Sicherheitsetikett gedruckt werden.
Schließlich ist erkannt worden, dass die gespeicherten Informationen beim Vergleich des Zufallsmusters oder dessen Darstellung, die beispielsweise mit einem Smartphone aufgenommen wurde, mit der Repräsentation bei der Echtheitsprüfung des Sicherheitsetiketts berücksichtigt werden müssen.
So können Abweichungen erfasst und bei einer Echtheitsprüfung kompensiert werden. Leicht mangelbehaftete Repräsentationen werden erfindungsgemäß noch als echt erkannt, wenn sie bereits erfasste, werksseitig bekannte Mängel zeigt.
Konkret ist überdies erkannt worden, dass eine sehr hohe Trennschärfe zwischen echten und gefälschten Sicherheitsetiketten bei gleichzeitig hoher Produktionsausbeute erzielbar ist, wenn bei der Sicherheitsetikettenherstellung die Repräsentationsqualität geprüft und ungenaue Repräsentationsstellen auf dem Sicherheitsetikett selbst oder in einer Datenbank gespeichert werden. Insbesondere ist eine sehr geringe Ausschussquote bei der Produktion von Sicherheitsetiketten sichergestellt.
Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
Die Mittel könnten eine Verbindung zu einer Datenbank herstellen und/oder die Vergleichsinformationen und/oder Vergleichsdaten kodiert enthalten. Hierdurch kann leicht auf die Vergleichsinformationen und/oder Vergleichsdaten zugegriffen werden.
Die Mittel könnten in der Repräsentation integriert sein. Hierdurch kann die Repräsentation in einem Schritt gemeinsam mit den Mitteln auf ein Substrat gedruckt werden.
Die Repräsentation könnte als bildlich dargestellter 2D-Code oder QR-Code ausgebildet sein, welcher auf den Grundkörper aufgebracht ist. Ein solcher Code kann leicht auf einen Grundkörper, insbesondere ein Substrat, gedruckt werden.
Die Mittel könnten einen bildlich dargestellten 2D-Code oder einen QR-Code umfassen oder ein Teil eines solchen 2D-Codes oder QR-Codes sein, durch welchen die Vergleichsinformationen und/oder Vergleichsdaten kodiert sind. So können auch die Mittel leicht gedruckt werden.
Das Zufallsmuster könnte durch auf ein Feld gestreute Kupferdrähte gebildet sein. Hierdurch ist eine zufällige und schwer kopierbare Anordnung von Kupferdrähten erzeugbar.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitsetiketts der hier beschriebenen Art könnte die nachfolgenden Schritte umfassen:

– Erzeugen eines Zufallsmusters,
– Bildliches Erfassen des Zufallsmusters durch eine Erfassungseinrichtung,
– Erzeugen einer Repräsentation des Zufallsmusters und
– Vergleichen des Zufallsmusters mit der Repräsentation, wobei Abweichungen der Repräsentation vom Zufallsmuster als Vergleichsinformation und/oder Vergleichsdaten erfasst und auf dem Sicherheitsetikett und/oder in einer Datenbank hinterlegt werden.

Eine Vorrichtung zur Herstellung eines Sicherheitsetiketts der hier beschriebenen Art kann die vorstehend genannten Verfahrensschritte ausführen.
Ein Verfahren zur Durchführung einer Echtheitsprüfung an einem Sicherheitsetikett der hier beschriebenen Art kann die nachfolgenden Schritte umfassen:

– Erfassen einer Repräsentation,
– Gegebenenfalls Dekodieren der Repräsentation und
– Vergleichen des Zufallsmusters mit der Repräsentation, wobei Abweichungen der Repräsentation vom Zufallsmuster unter Berücksichtigung von Vergleichsinformationen und/oder Vergleichsdaten bewertet werden.

Bei der Berücksichtigung der Vergleichsinformationen und/oder Vergleichsdaten könnte ein Grad der Übereinstimmung eines am schlechtesten übereinstimmenden Merkmals bestimmt und mit einem Schwellwert S₂ verglichen werden, wobei das Sicherheitsetikett nicht als „echt” klassifiziert wird, wenn der Schwellwert S₂ des Grades der Übereinstimmung unterschritten wird.
Eine Vorrichtung zur Durchführung einer Echtheitsprüfung an einem Sicherheitsetikett der hier beschriebenen Art könnte die voranstehenden Schritte ausführen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet Auswirkungen von Reflexionen bei der Weiterverarbeitung aufgenommener Bilder, indem statt oder ergänzend zur Auswertung helligkeitsbasierter Grauwertbilder durch eine geeignete Kombination der Farbkanäle gewonnene Grauwertbilder zur Auswertung oder Weiterverarbeitung verwendet werden.
Die Farbkanäle werden ausgewertet, um einen nachteiligen Einfluss von Reflexionen in einer Farbaufnahme zu vermeiden. Auch hierdurch ist eine hohe Trennschärfe bei der Klassifikation von echten und falschen Etiketten sichergestellt.
Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
In der Zeichnung zeigen
1 eine schematische Darstellung eines Sicherheitsetiketts,
2 eine Darstellung eines entzerrten Zufallsmusters aus Kupferdrähten,
3 ein synthetisches Drahtmusterbild,
4 ein Farbbildeines Zufallsmusters aus Kupferdrähten,
5 ein Grauwertbild des Farbbildes gemäß 4 und
6 eine Ansicht, die darstellt, dass das Grauwertbild so aus den Farbkanälen des Farbbildes berechnet ist, dass an den Stellen, an denen sich kein Kupferdraht befindet, der Grauwert heller ist als an den Stellen, an denen sich ein Kupferdraht befindet.
1 zeigt ein Sicherheitsetikett 1, umfassend einen Grundkörper 2, welchem ein Zufallsmuster 3 und eine kodierte Repräsentation 4 des Zufallsmusters 3 zugeordnet ist.
Der Grundkörper 2 weist Mittel 5 auf, durch welche Vergleichsinformationen und/oder Vergleichsdaten erfassbar sind, welche Abweichungen zwischen dem Zufallsmuster 3 und dessen Repräsentation 4 identifizieren.
Die Mittel 5 können eine Verbindung zu einer Datenbank herstellen und/oder die Vergleichsinformationen und/oder Vergleichsdaten kodiert enthalten.
Konkret sind die Mittel 5 in der kodierten Repräsentation 4 integriert. Die kodierte Repräsentation 4 ist gemeinsam mit den Mitteln 5 als Zahlencode ausgestaltet. Das Zufallsmuster 3 ist durch auf ein Feld 6 gestreute Kupferdrähte 7 gebildet.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Zufallsmuster 3 auf einem Sicherheitsetikett 1 durch eine Kamera aufgenommen und aus dieser Aufnahme zunächst eine Repräsentation 4 erzeugt.
Bei dem Zufallsmuster 3 handelt es sich um ein Feld 6, welches mit Kupferdrähten 7 bestreut ist. Diese Kupferdrähte 7 sind in 1 und 2 dargestellt. Polygonzüge approximieren die Kupferdrähte 7 mit einer vorgegebenen Genauigkeit.
Als Repräsentation 4 eignen sich die Koordinaten von Polygonpunkten (Stützstellen) der Polygonzüge (Linienzüge).
Um bei der Erzeugung der Repräsentation 4 und allen Vergleichen der Repräsentation 4 mit dem Zufallsmuster 3 das gleiche Koordinatensystem zu verwenden, kann um das Zufallsmuster 3 ein schwarzer Rahmen angeordnet sein. Der Rahmen kann dann über Bildverarbeitungsfunktionen erkannt werden.
Bei allen nachfolgenden Verarbeitungsschritten kann das Zufallsmuster 3 im Inneren des Rahmens perspektivisch, beispielsweise über Homographietransformation, entzerrt aus der Vogelperspektive mit einheitlicher Bildgröße dargestellt werden.
2 zeigt ein solches entzerrtes Bild eines Zufallsmusters 3 aus Kupferdrähten 7.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt dann sowohl die Erzeugung der Repräsentation 4 als auch der anschließende Vergleich der Repräsentation 4 mit dem Zufallsmuster 3 auf Basis der gleichen Darstellung des entzerrten Zufallsmusters 3.
Der Vergleich des Zufallsmusters 3 mit der erzeugten Repräsentation 4 wird in der bevorzugten Ausführungsform genauso ausgeführt wie der Vergleich zur Echtheitsprüfung.
Allerdings liegen zum jetzigen Zeitpunkt noch keine aus dem Vergleich erhaltenen Informationen oder Vergleichsdaten vor.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden beim Vergleich mehrere Merkmale verglichen. Es sollen echte Sicherheitsetiketten 1 mit hoher Wahrscheinlichkeit von gefälschten Sicherheitsetiketten unterschieden werden können. Das heißt, es soll eine gute Trennschärfe zwischen echten und gefälschten Sicherheitsetiketten erhalten werden.
Hierzu wird als Vergleichsergebnis bei der Echtheitsprüfung im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Grad der Übereinstimmung eines am schlechtesten übereinstimmenden Merkmals bestimmt und mit einem Schwellwert S₂ verglichen.
Wenn der Schwellwert S₂ des Grades der Übereinstimmung unterschritten wird, dann wird das Sicherheitsetikett nicht als „echt” klassifiziert.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden deshalb beim anfänglichen Vergleich der Repräsentation 4 mit dem Zufallsmuster 3 zunächst die Merkmale bestimmt, in denen das Maß für die Übereinstimmung zwischen der Repräsentation 4 und dem Zufallsmuster 3 unter einem Schwellwert S₁ liegt.
Der Schwellwert S₁ muss mindestens so groß sein wie Schwellwert S₂, liegt sinnvollerweise aber deutlich über dem Schwellwert S₂, um eine große Zuverlässigkeit der Echtheitsprüfung zu erhalten.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Informationen gemeinsam mit der Repräsentation 4 gespeichert. Beispielweise können diese kodiert in einem 2D-Code gedruckt sein. Die Informationen geben an, bei welchen Merkmalen der Schwellwert S₁ unterschritten wurde.
Beim Vergleich des Zufallsmusters 3 mit der Repräsentation 4 im Rahmen der Echtheitsprüfung liegen diese Informationen dann vor. Diese Merkmale werden im bevorzugten Ausführungsbeispiel beim Vergleich ausgelassen.
Damit ist der Grad der Übereinstimmung beim am schlechtesten übereinstimmenden verglichenen Merkmal dann mit weitaus höherer Wahrscheinlichkeit über dem Schwellwert S₂ als ohne die Information der schlechten Übereinstimmung.
Zur Speicherung der Information, welches Merkmal unter bzw. über dem Schwellwert S₁ liegt, kann z. B. für jedes Merkmal ein zusätzliches Bit vorgesehen werden oder die Nummer des zu schlechten Merkmals (oder der zu schlechten Merkmale) gespeichert werden.
Möglich ist es auch, generell die Nummer des schlechtesten Merkmals zu speichern, welches dann bei der Echtheitsprüfung ausgelassen wird. Wichtig ist nur, dass noch genügend Merkmale für den Vergleich bei der Echtheitsprüfung übrig bleiben.
Werden Zufallsmuster 3 mit Kupferdrähten 7 verwendet, deren Kupferdrähte 7 in der Repräsentation 4 durch Polygonzüge approximiert werden, wobei deren Stützstellen-Koordinaten in der Repräsentation 4 enthalten sind, so werden im bevorzugten Ausführungsbeispiel die Bildstellen, welche sich lokal um die Koordinaten der Stützstellen befinden, durch Kreuzkorrelation mit den entsprechenden Stellen eines aus der Repräsentation 4 aufgebauten synthetischen Drahtmusterbilds 4a verglichen.
3 zeigt ein solches synthetisches Drahtmusterbild 4a.
Es resultiert ein Kreuzkorrelationskoeffizient, der zwischen –1 und 1 liegt und bei guter Übereinstimmung nahe an der 1 liegt. Um Verzerrungsfehler durch unterschiedliche Kameraoptiken sowie den Approximationssachverhalt zu beherrschen, werden auch leichte (und ggf. lokale) Verschiebungen zwischen synthetischem Drahtmusterbild 4a und aufgenommenem und entzerrtem Zufallsmusterbild berücksichtigt.
Dazu werden jeweils, beispielsweise quadratische, Ausschnitte, sogenannte Fenster, beider Bilder verglichen und der Ausschnitt aus dem entzerrten Bild innerhalb eines Bereichs um die Koordinate ggf. um bis zu mehrere Pixeln verschoben und der beste Korrelationswert aller daraus resultierender Korrelationen als Maß für die Übereinstimmung des Merkmals verwendet.
In 3 ist beispielsweise die Vergleichsstelle 8 mit der schlechtesten Übereinstimmung mit 2 durch ein Quadrat markiert.
Weil der Kupferdraht 7 hier zu kurz repräsentiert ist, beträgt der Korrelationskoeffizient als Maß für die Übereinstimmung nur 0,56. Wenn der Schwellwert S₁ zu 0,7 gewählt ist, so wird ergänzend zur Repräsentation 4 vermerkt, dass dieses Vergleichsmerkmal bei der Echtheitsprüfung nicht zu vergleichen ist. Damit steigt das kleinste Maß für die Übereinstimmung auf den nächstgrößeren Wert. Im Beispiel ist dies 0,79.
Ergänzend zum Vergleich an den Stützstellen erfolgt im bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Prüfung, ob die Flächen, in denen keine Kupferdrähte 7 in der Repräsentation 4 enthalten sind (weiße Flächen in 3) auch im entzerrten Bild des Zufallsmusters 3 frei von Kupferdrähten 7 sind.
Da an den Stellen geringer Übereinstimmung mit der Repräsentation 4 der Verlauf der Kupferdrähte 7 nur unzureichend bekannt ist, sieht das hier beschriebene Verfahren vor, diese Prüfung der weißen Flächen in der Nähe der Koordinaten mit schlechter Übereinstimmung zu unterlassen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgen die Erzeugung der Repräsentation 4 und der Vergleich zur Bestimmung der Merkmale mit schlechter Übereinstimmung aus unterschiedlichen Bildern, die mit unterschiedlichen Kameras aufgenommen werden können.
So ist es denkbar, dass in einem ersten Schritt das Zufallsmuster 3 aufgenommen und die Repräsentation 4 daraus bestimmt und auf dem Sicherheitsetikett 1 oder einer Datenbank, insbesondere kodiert, gespeichert wird.
In einem zweiten Schritt wird dann mit einer Kontrollkamera ein Bild des Zufallsmusters 3 und der kodierten Repräsentation 4 aufgenommen und zur Prüfung ein Vergleich des Zufallsmusters 3 mit der Repräsentation 4 ausgeführt.
Merkmale mit schlechter Übereinstimmung werden dann auf dem Sicherheitsetikett 1 oder in einer Datenbank zusätzlich zur Repräsentation 4 gespeichert.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Merkmale mit schlechter Übereinstimmung aus der Repräsentation 4 entfernt und gar nicht mehr auf dem Sicherheitsetikett 1 oder in der Datenbank gespeichert.
Dann werden alle in der Repräsentation 4 noch enthaltenen Merkmale in den Vergleich der Echtheitsprüfung einbezogen. Dies ist sinnvoll, wenn die Merkmale vollkommen unabhängig voneinander sind, was vom verwendeten Zufallsmuster 3 und dessen Kodierung abhängt.
Bei aus Kupferdrähten 7 bestehenden Zufallsmustern 3, deren Repräsentationen 4 den Stützpunkten der die Kupferdrähte 7 approximierenden Polygonzüge entsprechen, ist dieses Ausführungsbeispiel allerdings weniger geeignet, weil dadurch das synthetische Drahtmusterbild 4a verändert wird und damit Merkmale an anderen Vergleichspunkten beeinträchtigt werden können.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird auf dem Sicherheitsetikett 1 oder in der Datenbank nicht nur die binäre Information gespeichert, ob ein Schwellwert S₁ über- oder unterschritten wurde, sondern auch die Information, wie gut die Übereinstimmung ist. Dies kann sehr grob quantisiert erfolgen, um Speicherplatz zu sparen.
Die quantitative Information kann dann beim Vergleich zur Echtheitsprüfung als Offset dienen, der vom Vergleichswert der Echtheitsprüfung subtrahiert wird, ggf. bei zusätzlicher Addition einer Konstanten, wie z. B. 1.
Wenn beispielsweise auf dem Sicherheitsetikett 1 als zuvor ermitteltes Maß für die Übereinstimmung eines Merkmals 0,6 gespeichert ist und dann beim Vergleich dieses Merkmals im Rahmen der Echtheitsprüfung 0,55 resultiert, so erhält man als Differenz –0,05.
Der Schwellwert S₂ könnte dann z. B. zu –0,2 festgelegt werden. Dies bedeutet, dass das Maß der Übereinstimmung eines Merkmals beim Vergleich der Echtheitsprüfung maximal 0,2 schlechter sein darf als das Maß der Übereinstimmung dieses Merkmals beim anfänglichen Vergleich.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Zusatzinformation der Übereinstimmung der Merkmale nicht auf dem Sicherheitsetikett 1 gespeichert, sondern in einer Datenbank. Dies ist vor allem dann sinnvoll, wenn auch die Repräsentation 4 in einer Datenbank gespeichert wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Darstellung des Zufallsmusters 3, beispielsweise das entzerrte Bild, in einer Datenbank gespeichert. Die Erzeugung der Repräsentation 4 und der Vergleich des gespeicherten Bildes zur Bestimmung der Übereinstimmung der Merkmale in der Repräsentation 4 mit dem entzerrten Bild wird erst ausgeführt, wenn eine Echtheitsprüfung des Sicherheitsetiketts 1 ausgeführt wird.
Dies ist vor allem sinnvoll, um die Übertragung von Bildern bei einem datenbankgestützten Verfahren zu vermeiden und so die Echtheitsprüfung zu beschleunigen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden auf dem Sicherheitsetikett 1 oder in der Datenbank immer die n am schlechtesten übereinstimmenden Merkmale gespeichert, welche dann beim Vergleich im Rahmen der Echtheitsprüfung nicht verglichen werden. Für die Konstante n sind dann niedrige Werte wie 1, 2 oder 3 sinnvoll.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird bei der Echtheitsprüfung von Sicherheitsetiketten 1 mit Kupferdrähten 7 oder ähnlichem keine Prüfung ausgeführt, ob Flächen ohne kodierte Kupferdrähte frei von Kupferdrähten 7 sind. Damit entfällt eine Auswirkung von Merkmalen schlechter Übereinstimmung auf diese Prüfung.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt keine Verschiebung des betrachteten Bildausschnitts des entzerrten Bildes gegenüber den Koordinaten der Stützstellen der Repräsentation 4 beim Vergleich. So können Merkmale an Stellen ungenauer Approximation mit dem hier beschriebenen Verfahren vom Vergleich ausgenommen werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt der Vergleich der Repräsentation 4 mit dem Zufallsmuster 3 nicht durch Berechnung des Kreuzkorrelationskoeffizienten, sondern es wird aus dem entzerrten Bild des Zufallsmusters 3 ein Binärbild erzeugt. Auch aus der Repräsentation 4 wird ein Binärbild erzeugt und der Anteil gleicher Pixelwerte innerhalb eines Bereichs um die Vergleichsstellen wird als Maß für die Übereinstimmung verwendet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt der Vergleich zwischen Repräsentation 4 und entzerrtem Bild des Zufallsmusters 3 nicht lokal an den Stützstellen der die Kupferdrähte 7 annähernden Polygonzüge, sondern global über das gesamte Bild.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden beim Vergleich nicht Merkmale mit schlechter Übereinstimmung ermittelt, welche den Stützstellen der Polygonzüge entsprechen, sondern Bildbereiche mit schlechter Übereinstimmung.
Diese können beispielsweise in Form von nummerierten Planquadraten oder Koordinaten mit verminderter Auflösung referenziert werden, um Speicherplatz zu sparen. Wird ein 256×256 Pixel großes Bild beispielsweise in 16×16 Pixel große Blöcke geteilt, reichen 8 Bit zu deren Repräsentation aus.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt die Speicherung der Information des Vergleichs nicht in Form eines aufgedruckten 2D-Codes oder eines anderen Aufdrucks, sondern durch eine magnetische, die Eigenschaften des Materials verändernde oder materialverformende Markierung, wie sie beispielsweise mit Lasern, Bohrern oder Fräswerkzeugen erzeugt werden kann.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass keine zusätzliche Kamera benötigt wird. Es hat weiter den Vorteil, dass nur ein Vorgang, beispielsweise ein Aufdruck, zur gemeinsamen Speicherung von Repräsentation 4 und Vergleichsergebnis erforderlich ist.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel ist allgemeiner anwendbar, da die Repräsentation 4 durch das gespeicherte Vergleichsergebnis nicht verändert wird und so auch bei Zufallsmustern 3 mit Kupferdrähten 7 sinnvoll anwendbar ist.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel benötigt weniger Platz zur Speicherung der Vergleichsinformation, was bei einer Speicherung der Information auf dem Sicherheitsetikett 1 vorteilhaft ist, da dort im Allgemeinen nur wenig Platz ist.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel ermöglicht eine Offline-Echtheitsprüfung ohne Zugriff auf eine Datenbank, da hier alle Informationen für die Echtheitsprüfung auf dem Sicherheitsetikett 1 vorhanden sind.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist nachteilig, dass möglicherweise die Anzahl der verglichenen guten Vergleichsmerkmale geringer ist und damit die Sicherheit geringer ist, als sie sein könnte.
Durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel können bestimmte Arten von Fälschungen zuverlässiger erkannt werden. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel ist robust gegenüber Abbildungsfehlern der Kameraoptiken.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel liefert mit größerer Wahrscheinlichkeit korrekte Vergleichsergebnisse durch Verwendung des Kreuzkorrelationskoeffizienten und benötigt eine Binarisierung für den Vergleich der Merkmale.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel kann geringe Abweichungen zwischen Zufallsmuster 3 und Repräsentation 4, wie sie bei gefälschten Sicherheitsetiketten auftreten können, besser und schneller detektieren.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel benötigt weniger Speicherplatz und kann den beim Vergleich nicht berücksichtigten Bereich enger auf die Umgebung der schlecht verglichenen Repräsentationsmerkmale beschränken, so dass es auch eine größere Sicherheit bei der Echtheitsprüfung ermöglicht.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel ist bei der Produktion flacher Sicherheitsetiketten 1 geeigneter und kostengünstiger zu realisieren.
Erfindungsgemäß wird ermöglicht, den Ausschuss bei der Produktion von Sicherheitsetiketten 1 zu reduzieren und die Wahrscheinlichkeit der korrekten Klassifizierung des Sicherheitsetiketts 1 als „echt” oder „gefälscht” zu steigern.
Durch die Reduzierung des Ausschusses schafft die Erfindung die Voraussetzung zur rentablen industriellen Herstellbarkeit der Sicherheitsetiketten 1.
Der Begriff Herstellung von Sicherheitsetiketten 1 umfasst hier insbesondere auch das Hinzufügen einer möglicherweise kodierten Repräsentation 4 des Zufallsmusters 3 zu dem Sicherheitsetikett 1 und die Speicherung einer Repräsentation 4 des Zufallsmusters 3 in einer Datenbank.
Die Wahrscheinlichkeit der korrekten Klassifizierung wird durch eine gesteigerte Trennschärfe zwischen echten und gefälschten Sicherheitsetiketten erreicht.
Allgemein kann die Wahrscheinlichkeit, dass ein Sicherheitsetikett 1 mit der Speicherung bis zu n den Schwellwert beim Vergleich unterschreitender Merkmale Ausschuss ist, mit der Formel p_n = p_n-1 – (1 – p)ⁿp^(z-n)( z / n) = p_n-1 – (1 – p)ⁿp^(z-n) z! / (z – n)!n! rekursiv berechnet werden.
Dabei wird nur der durch ungenaue Repräsentation des Zufallsmusters 3 resultierende Einfluss auf den Ausschuss betrachtet, während andere zu Ausschuss führende Faktoren unberücksichtigt bleiben.
Dabei ist p die Wahrscheinlichkeit, dass der Grad der Übereinstimmung eines Merkmals der Repräsentation 4 mit dem Zufallsmuster 3 größer als oder mindestens so groß wie der Schwellwert S₁ ist.
Ohne das hier beschriebene Verfahren gilt p₀ = 1 – p^z.
Als Ausschuss werden Sicherheitsetiketten 1 betrachtet, bei denen mindestens bei einem zu vergleichenden Merkmal der Schwellwert kleiner oder nicht größer als der Schwellwert S₁ ist. z ist die Zahl der in der Repräsentation 4 enthaltenen Vergleichsmerkmale.
Beispiel:
S₁ sei der Schwellwert, den das Maß der Übereinstimmung jedes der Merkmale der Repräsentation 4 mit dem Zufallsmuster 3 mindestens einhalten muss, damit das Sicherheitsetikett 1 keinen Ausschuss darstellt.
p = 99% sei die Wahrscheinlichkeit, dass der Grad der Übereinstimmung eines Merkmals der Repräsentation 4 mit dem Zufallsmuster 3 größer als der Schwellwert S₁ ist.
z = 40 sei die Zahl der in der Repräsentation 4 enthaltenen Vergleichsmerkmale.
Dann ist ohne das hier beschriebene Verfahren die Wahrscheinlichkeit, dass ein Sicherheitsetikett 1 Ausschuss ist p₀ = 1 – p^z = 33,1%.
Das heißt, dass von 1000 Sicherheitsetiketten 1 im Mittel ca. 331 Ausschuss sind. Dann ist mit der Speicherung bis zu eines den Schwellwert beim Vergleich unterschreitenden Merkmals die Wahrscheinlichkeit, dass ein Sicherheitsetikett 1 Ausschuss ist p₁ = p₀ – (1 – p)p³⁹40 = 6,1%
Das heißt, dass von 1000 Sicherheitsetiketten 1 im Mittel nur noch ca. 61 Ausschuss sind. Dann ist mit der Speicherung bis zu zweier den Schwellwert beim Vergleich unterschreitender Merkmale die Wahrscheinlichkeit, dass ein Sicherheitsetikett 1 Ausschuss ist p₂ = p₁ – (1 – p)²p³⁸ 40! / 38!2! = 0,7%.
Das heißt, dass von 1000 Sicherheitsetiketten 1 im Mittel nur noch ca. 7 Ausschuss sind.
Dann ist mit der Speicherung bis zu dreier den Schwellwert beim Vergleich unterschreitender Merkmale die Wahrscheinlichkeit, dass ein Sicherheitsetikett 1 Ausschuss ist p₃ = p₂ – (1 – p)³p³⁷ 40! / 37!3! = 0,07%.
Das heißt, dass von 1000 Sicherheitsetiketten 1 im Mittel nur noch ca. 0,7 Ausschuss sind.
Die Sicherheit ist durch die Verwendung von 37 statt 40 Vergleichsmerkmalen kaum vermindert, kann aber aufgrund des Verfahrens durch Erhöhen des Schwellwerts S₁ noch deutlich gesteigert werden.
Wird die Schwelle S₁ beispielsweise so weit erhöht, dass die Wahrscheinlichkeit p = 98% beträgt, das heißt dass sich der Anteil der den Schwellwert S1 unterschreitenden Merkmale verdoppelt, so ist mit der Speicherung bis zu dreier den Schwellwert beim Vergleich unterschreitender Merkmale die Wahrscheinlichkeit, dass ein Sicherheitsetikett 1 Ausschuss ist p₃ = 0,8%, während sie ohne dieses p₀ = 55,4% betrüge.
Die Speicherung der aus dem nach der Erstellung der Repräsentation 4 durchgeführten Vergleich resultierenden Vergleichsinformationen und/oder Vergleichsdaten benötigt etwas zusätzlichen Speicherplatz.
Werden bei 64 Vergleichsmerkmalen beispielsweise die Nummern der drei Merkmale gespeichert, deren Maß für die Übereinstimmung am schlechtesten ist, sind 3·6 = 18 Bit zusätzlicher Speicherplatz erforderlich.
Der zusätzliche Speicherplatz beträgt allerdings nur wenige Prozent des für die Repräsentation 4 erforderlichen Speicherplatzes, beispielsweise bei 97 dazu verwendeten Bytes ca. 2%.
Die Erfindung ist bei der automatischen Erzeugung einer Repräsentation 4 der Sicherheitsetiketten 1 auf einer Maschine zur Herstellung oder Weiterverarbeitung von Sicherheitsetiketten 1 anwendbar.
Die Erfindung kann bei Sicherheitsetiketten 1, welche die Vergleichsinformation zusätzlich zur Repräsentation 4 tragen, und bei der Echtheitsprüfung der Sicherheitsetiketten 1 mit Smartphones angewendet werden.
Die Erfindung ist bei allen Sicherheitsetiketten 1 oder direkt auf Verpackungen oder auf Produkten angebrachten Sicherheitselementen mit Zufallsmustern 3 einsetzbar, bei denen ein Vergleich der Zufallsmuster 3 mit einer Repräsentation 4 zur Echtheitsprüfung erfolgt.
Dies ist unabhängig davon, ob es sich um ein Offline-Verfahren handelt, bei dem die Repräsentation 4 auf dem Sicherheitsetikett 1 angeordnet ist, oder um ein Online-Verfahren, bei dem die Repräsentation 4 in einer Datenbank abgelegt ist.
Vor diesem Hintergrund ist auch erkannt worden, dass von Handys gemachte Aufnahmen zur Validierung von Zufallsmustern 3 sehr häufig zu einer falschen Klassifizierung führten.
Die falsche Klassifizierung ging mit Reflexionen einher, die in den Aufnahmen vorhanden waren. Dabei wurde häufig „falsch” oder „unsicher” statt „echt” erkannt, weil verglichene Kupferdrahtstellen durch Reflexionen hell erschienen, statt dunkel.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, einen Vergleich eines Zufallsmusters 3 mit einem Vergleichsmerkmal („Fingerabdruck”, „2D-Code”) durchzuführen, welcher auf einer Aufnahme eines Zufallsmusters 3 basiert.
Die WO 2005 029 447 A1 offenbart vor diesem Hintergrund ein Fälschungsschutzetikett.
Die DE 103 04 805 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Sicherheitskennzeichen. Zufallsmuster dienen als Kopierschutz und ein aus dem Zufallsmuster extrahierter Fingerabdruck dient als Zertifikat. Es wird ein Zertifizierungsgerät mit einer Software zur Aufnahme von Zufallsmustern und zum Vergleich von Fingerabdrücken offenbart.
Die DE 10 2009 016 194 A1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitsmerkmals auf einem flachen Substrat. Des Weiteren wird eine mögliche Repräsentation eines Zufallsmusters aus dünnen Kupferdrahtstücken offenbart.
Beim Vergleich der Repräsentation mit einem neu aufgenommenen Bild, welches Reflexionen enthält, kommt es an den Reflexionsstellen zu einer Abweichung zwischen der Repräsentation und der Vergleichsaufnahme, die häufig zu einer falschen Klassifizierung führt.
Aus der DE 10 2009 008 779 A1 ist ein Verfahren zum Überprüfen der Echtheit eines Druckprodukts bekannt. Bei einem Sicherheitsetikett wird ein Vergleichsmerkmal, beispielsweise ein 2D-Code, mit einem dem Druckprodukt zugeordneten Zufallsmerkmal verglichen. Das Überprüfen der Echtheit kann mit einem tragbaren Kommunikationsmittel erfolgen.
Da Reflexionen von der Beleuchtung abhängen, weichen bei auftretenden Reflexionen das Zufallsmerkmal, aus dem das Vergleichsmerkmal erzeugt wurde, und das Zufallsmerkmal, das mit dem Vergleichsmerkmal verglichen wird, voneinander ab. So wird die Prüfung der Echtheit beeinträchtigt und es kann zu falschen Ergebnissen kommen.
Reflexionen in einem Bild (Zufallsmerkmal 1), aus dem ein Vergleichsmerkmal erzeugt wird, führen dabei zu einem falschen Vergleichsmerkmal und zu Problemen bei allen späteren Vergleichen.
Reflexionen bei der Aufnahme des Bildes (Zufallsmerkmal 2) beim späteren Vergleich führen ebenfalls zu Abweichungen zwischen dem Vergleichsmerkmal und dem Zufallsmerkmal.
Zur Vermeidung von Reflexionen in Bildaufnahmen wird häufig die Beleuchtung so gewählt, dass Reflexionen vermieden werden. Oder der Winkel, in dem ein Bild aufgenommen wird, so gewählt, dass Reflexionen vermieden werden.
Oder es werden vor das aufzunehmende Bild zerstreuend wirkende Beschichtungen angeordnet. Dies erfolgt ähnlich wie bei matten statt glänzenden Fotoabzügen.
Aus dem Stand der Technik ist bereits ein Vergleich von Aufnahmen von Zufallsmustern zur Validierung mit einem Vergleichsmerkmal („Fingerabdruck”, „2D-Code”) erwähnt.
Wenn Bildaufnahmen des Zufallsmusters erfolgen, können jedoch Reflexionen in den Aufnahmen auftreten. Dies lässt sich evtl. mit matten Folien reduzieren, die vor dem aufgenommenen Zufallsmuster angeordnet werden.
Dies lässt sich aber nicht so weitgehend vermeiden, dass ein Vergleich von Aufnahmen von Zufallsmustern mit einem Vergleichsmerkmal hinreichend zuverlässig durchgeführt werden kann.
Mit einer geeigneten Beleuchtung ist es zwar möglich, Reflexionen weitgehend zu reduzieren, jedoch kann eine solche bei mobilen Anwendungen nicht sichergestellt werden.
Im stationären Einsatz bedeutet die Verwendung einer geeigneten Beleuchtung zusätzlichen, teils hohen Aufwand, der zusätzliche Kosten verursacht.
Bei den Bildaufnahmen zur Erzeugung der Repräsentationen 4 und zur Qualitätskontrolle der Etiketten 1 lassen sich Reflexionen durch eine geeignete Beleuchtung mit definierten Bedingungen weitgehend reduzieren.
Bei einer mobilen Validierung mit Smartphones ist eine definierte Beleuchtung nicht möglich, da die Aufnahmen unter sehr unterschiedlichen Beleuchtungsbedingungen an verschiedensten Orten erfolgen.
Hier ist bisher keine Möglichkeit bekannt gewesen, Reflexionen in den weiterverarbeiteten Bildern zu vermeiden.
Es wird auf Basis einer Farbaufnahme eines farbigen Zufallsmusters 3' auch bei auftretenden Reflexionen ein zuverlässiger Vergleich des Zufallsmusters 3' mit einem Vergleichsmerkmal („Fingerabdruck”, „2D-Code”) ermöglicht.
Der Grauwert eines Objekts ist ein Maß für die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins des Objekts. Das Prinzip ist, dass zur Feststellung, wo sich auf einem Bild Objekte befinden, die Farbe der Objekte den Grauwert tendenziell verringert und die anderen Farben den Grauwert tendenziell vergrößern. Da Reflexionen die Helligkeit sehr stark, den Farbort aber sehr viel geringer verändern, beeinflussen sie diesen Grauwert kaum.
Weitere reflexionsmindernde Maßnahmen, wie eine spezielle reflexionsmindernde Beleuchtung oder eine reflexionsmindernde Beschichtung des Zufallsmusters 3', sind nicht erforderlich.
Dies ist überall dort einsetzbar, wo an Hand von reflexionsbehafteten Farbaufnahmen farbige Objekte im Bild hervorgehoben, erkannt oder deren Lage bzw. Position bestimmt werden soll.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird das Verfahren gemäß Patentanspruch 10 vorgeschlagen.
Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet Auswirkungen von Reflexionen bei der Weiterverarbeitung aufgenommener Bilder, indem statt oder ergänzend zur Auswertung helligkeitsbasierter Grauwertbilder durch eine geeignete Kombination der Farbkanäle gewonnene Grauwertbilder zur Auswertung oder Weiterverarbeitung verwendet werden.
Die Farbkanäle werden ausgewertet, um einen nachteiligen Einfluss von Reflexionen in einer Farbaufnahme zu vermeiden. Die Wirkungsweise ist den 4 bis 6 zu entnehmen.
4 stellt eine Farbaufnahme eines farbigen Zufallsmusters 3' dar.
Sie wurde mit einem Smartphone aufgenommen. Smartphones weisen eine Farbkamera auf, so dass die Erzeugung farbiger Bilder keinen Zusatzaufwand verursacht.
Das Zufallsmuster 3' enthält auf ein Feld 6' eines Sicherheitsetiketts gestreute Kupferdrähte 7', die rötlich und stark reflektierend sind. Zur Validierung, ob das Sicherheitsetikett echt ist, wird das Zufallsmuster 3' anhand der in dieser Aufnahme enthaltenen Informationen mit einer Repräsentation 4' („Fingerabdruck”, „2D-Code”, „Vergleichsmerkmal”) des Zufallsmusters 3' verglichen.
Die Repräsentation 4' ist beispielsweise in einem neben dem Zufallsmuster 3' gedruckten 2D-Code (z. B. QR-Code oder Datamatrix-Code) kodiert.
Die Repräsentation 4' kann beispielsweise gemäß der DE 10 2009 016 194 A1 an Hand von wenigen Stützstellen von Polygonen erfolgen, welche den Verlauf der Kupferdrähte 7' näherungsweise beschreiben.
Da die Kupferdrähte 7' alle gleichfarbig sind, wird das Farbbild zur Weiterverarbeitung üblicherweise in ein helligkeitsbasiertes Grauwertbild umgewandelt, wie es in 5 zu sehen ist.
Zur Verbesserung der Darstellung wurde hier der Kontrast nach der Grauwertwandlung verstärkt. Daher unterscheiden sich im schwarz/weiß-Ausdruck 4 und 5.
Dabei werden die Farbkanäle üblicherweise gewichtet addiert, wie es ihrem Betrag zur Bildhelligkeit entspricht. Reflexionen, welche durch die Beleuchtung entstehen, sind dann als helle Stellen zu sehen, so dass aus dem Grauwertbild nicht mehr eindeutig hervorgeht, an welchen Stellen sich ein Kupferdraht 7' befindet und an welchen nicht.
Gewünscht ist ein Grauwertbild, in dem sich die Stellen, an denen sich Kupferdrähte 7' befinden, möglichst stark von den Stellen unterscheiden, an denen sich kein Kupferdraht 7' befindet.
Es wird nach einer festen oder variablen Formel der Grauwert des Grauwertbildes so aus den Farbkanälen des Farbbildes berechnet, dass an den Stellen, an denen sich kein Kupferdraht 7' befindet, der Grauwert heller ist als an den Stellen, an denen sich ein Kupferdraht 7' befindet. Dies ist in 6 gezeigt.
Es wird genutzt, dass sich auch an den hellen Reflexionsstellen der Farbort an den Kupferdrahtstellen von dem der Nichtdrahtstellen unterscheidet.
Ein Grauwert ist hier nicht im üblichen Sinne des Wortes der Helligkeit eines Bildes zu verstehen, sondern als Maß für die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins der zu detektierenden Objekte, beispielsweise der Kupferdrähte 7'.
In der folgenden Darstellung bedeuten kleine Grauwerte eine hohe Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins der Objekte, beispielsweise der Kupferdrähte 7', und hohe Grauwerte eine geringe Wahrscheinlichkeit.
Sofern die Erfindung auf Zufallsmuster 3' mit Kupferdrähten 7' angewendet wird, so eignet sich mit W(x, y) = b·B(x, y) + g·G(x, y) + r·R(x, y), (1) b = 1, (2) g = 1, (3) r = –2 (4) die Formel Grauwert(x, y) = K·(W(x, y) – W₀) (5) um für jedes Pixel (x, y) des Bildes aus den drei Farbanteilen Blauwert B(x, y), Grünwert G(x, y) und Rotwert R(x, y) eines RGB-Bildes den Grauwert eines Grauwertbildes zu berechnen.
Um den verfügbaren Wertebereich [0, W_Max] des Grauwertbildes möglichst gut auszunutzen, wird dabei W₀ als kleinster im Farbbild auftretender Ergebniswert der Formel W₀ = MIN(W(x, y)) (6) bestimmt und W₁ als größter im Farbbild auftretender Ergebniswert der Formel W₁ = MAX(W(x, y)) (7) und Faktor K zu K = W_Max/(W₁ – W₀). (8)
Für ein übliches Grauwertbild mit einem Byte pro Pixel, ist W_Max = 255. (9)
Nach diesen Formeln wurde auch die Darstellung in 6 berechnet.
Natürlich kann man die Konstanten K und W₀ auch anders bestimmen, ohne dass dies einen wesentlichen Einfluss auf die Zielsetzung hat, z. B. den Faktor K zu 0.25 festlegen und W₀ zu 0.
Dies hat den Vorteil, dass man sie nicht für jedes Bild vorab bestimmen muss. Die bevorzugte Ausführungsform führt dagegen zu maximalem Kontrast ohne große oder kleine Werte zu begrenzen.
Ist die Farbe der Objekte im Zufallsmuster 3' nicht rötlich, so sind die Paramter b, g und r in den Gleichungen (2) bis (4) zur Berechnung von W(x, y) entsprechend anzupassen.
Auch bei rötlichen Kupferdrähten 7' sind neben den angegebenen auch etwas andere Parameter b, g und r und Formeln zur Berechnung von W(x, y) möglich. Das Prinzip dabei ist immer, dass die Farbe der Objekte den Grauwert tendenziell verringert und die anderen Farben den Grauwert tendenziell vergrößern (oder umgekehrt).
So können z. B. die Farbanteile B(x, y), G(x, y) und R(x, y) über eine andere Wahl der Parameter b, g und r anders gewichtet werden oder multiplikativ statt additiv eingehen.
Bei schwacher Beleuchtung werden Farben zunehmend schlechter zu erkennen und der Farbeindruck ändert sich.
Daher wird bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zusätzlich zum Vergleich auf Basis des gemäß den Gleichungen (1) bis (9) berechneten farbbezogenen Grauwertbildes ein helligkeitsbasiertes Grauwertbild erzeugt. Dies erfolgt üblicherweise nach Formel (1) mit den Parameterwerten b = 0.114 (10) g = 0.587 (11) r = 0.299 (12) kann aber auch mit etwas anderen Gewichtungsfaktoren b, g und r erfolgen.
Der Vergleich auf Basis des helligkeitsbasierten Grauwertbilds ergänzt den Vergleich auf Basis des farbbezogenen Grauwertbilds ideal und führt zu großer Robustheit der Validierung gegenüber Beleuchtungseinflüssen.
In der Praxis lassen sich hauptsächlich zwei Fälle unterscheiden:

a) Das Bild ist schlecht ausgeleuchtet und dunkel. Dann gibt es auch keine störenden Reflexionen und die helligkeitsbasierte Grauwertwandlung liefert gute Ergebnisse.
b) Das Bild ist gut ausgeleuchtet und hell. Dann treten regelmäßig Reflexionen auf und die farbbezogene Grauwertwandlung liefert gute Ergebnisse.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden beide Vergleiche ausgeführt und das beste Ergebnis verwendet, d. h. das mit der besten Übereinstimmung.
Da das Bild des Zufallsmusters 3' inhomogen ausgeleuchtet und beispielsweise an einer Seite sehr dunkel sein kann, während an der anderen Seite Reflexionen auftreten, wird zur weiteren Steigerung der Zuverlässigkeit im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vergleich beider Grauwertbilder mit der Repräsentation 4' lokal ausgeführt.
An allen lokalen Vergleichsstellen erfolgen dann beide Vergleiche und das jeweils beste Ergebnis wird verwendet. Der eigentliche Vergleich erfolgt im bevorzugten Ausführungsbeispiel für das Zufallsmuster 3' mit Kupferdrähten 7' an den in der Repräsentation 4' enthaltenen Stützstellen der die Kupferdrähte 7' approximierenden Polygone durch die Berechnung der Kreuzkorrelierten zwischen den Grauwertbildern und einem aus der Repräsentation 4' generierten synthetischen Zufallsmusterbild.
Dieser Vergleich erfolgt nun für jedes der beiden Grauwertbilder mit dem synthetischen Bild der Repräsentation 4' in einem Fenster um die jeweilige Stützstelle, wobei hier auch leichte lokale Verschiebungen der Bilder durch kleine Positionsoffsets berücksichtigt werden.
Von beiden Werten wird dann der beste verwendet. Von den nun sich ergebenden jeweils besten Korrelationswerten wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel nun der kleinste bzw. schlechteste verwendet, der an der Stelle mit der schlechtesten Übereinstimmung des Zufallsmusters 3' mit der Repräsentation 4' auftritt.
Da durch verschiedene Einflüsse, wie beispielsweise die Beleuchtungsbedingungen, der Farbort der Objekte, beispielsweise Kupferdrähte 7', und die Stellen, an denen sich keine Objekte befinden, schwanken können, werden in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Parameter b, g und r oder die gesamte Berechnungsvorschrift in Gleichung (1) abhängig vom Inhalt des aufgenommenen Farbbilds festgelegt.
Möglich ist beispielsweise, mit Histogrammen die Farborte der Kupferdrähte 7' und des Hintergrunds zu bestimmen und die Parameter b, g und r so zu wählen, dass durch sie eine möglichst gute Unterscheidung zwischen den Stellen, an denen sich Kupferdrähte 7' befinden, und den anderen Stellen erfolgt.
Wenn beispielsweise die Objekte, nämlich die Kupferdrähte 7', blau statt rot erscheinen, während der Hintergrund grau bleibt, so wäre b = –2, g = 1, r = 1 eine geeignete Wahl.
Das Prinzip der Erfindung ist, dass die Farbe der Objekte, im konkreten Anwendungsbeispiel rötliche Kupferdrähte 7', den Grauwert tendenziell verringert und die anderen Farben den Grauwert tendenziell vergrößern (oder umgekehrt).
Unter Beachtung dieses Prinzips können die Parameter in den Formeln (2) bis (4) auch etwas anders gewählt werden oder auch eine andere Formel (1) zur Berechnung gewählt werden, in der die Parameter z. B. multiplikativ eingehen.
Beispielsweise ergibt bereits die Wahl b = 1, g = 1, r = 0 bei vorhandenen Reflexionen wesentlich bessere Ergebnisse als die Verwendung des helligkeitsbezogenen Grauwertbilds.
In diesem Sinne lasst sich das Grauwertbild auch mit anderen Farbbildrepräsentationen, beispielsweise mit einem YUV-Farbmodell nach geeigneten Formeln berechnen.
Der Zusammenhang zwischen Grauwert und Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins der zu detektierenden Objekte kann auch umgedreht werden, beispielsweise durch Wahl von b = –1, g = –1, r = 2 für die rötlichen Kupferdrähte 7'.
Dann bedeuten große Grauwerte eine hohe Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins der Objekte, nämlich der Kupferdrähte 7', und niedrige Grauwerte eine geringe Wahrscheinlichkeit.
Auch kann in Formel (5) der Faktor K fest zu 0.25 und W₀ zu 0 gewählt werden oder zu anderen festen Werten. Dies hat den Vorteil, dass die Parameter K und W₀ nicht vorab bestimmt werden müssen, was Rechenzeit einspart. Dadurch geht allerdings etwas an numerischer Genauigkeit bei der Repräsentation der resultierenden Grauwerte verloren, weil der verfügbare Wertebereich nicht voll ausgenutzt wird.
Für das resultierende Grauwertbild kann auch mehr als ein Byte pro Pixel verwendet werden, wodurch wiederum die Genauigkeit gesteigert werden kann.
In Gleichung (9) ist dann W_Max entsprechend anzupassen, beispielsweise bei zwei Byte pro Pixel zu W_Max = 65535.
Werden im Zufallsmuster 3' nicht rötliche Kupferdrähte 7' verwendet, sondern andersfarbige Objekte, so erreicht man mit den in den Gleichungen (2) bis (4) angegebenen Parametern nicht das angestrebte Ziel und sie müssen unter Beachtung des oben genannten Prinzips angepasst werden.
Der zusätzliche Vergleich mit dem helligkeitsbezogenen Grauwertbild ist nicht notwendig. Er kann auch entfallen, insbesondere wenn sichergestellt ist, dass das Zufallsmuster 3' bei der Aufnahme immer gut ausgeleuchtet ist.
Der zusätzliche Vergleich kann statt lokal auch global auf das gesamte Bild ausgeführt werden. Dann würde einerseits ein Vergleich des farbbezogenen Grauwertbilds mit der Repräsentation 4' erfolgen, der dann zu einem oder mehreren Vergleichswerten führt, beispielsweise kleinster und/oder mittlerer Korrelationswert von allen Vergleichsstellen, und andererseits ein Vergleich des helligkeitsbezogenen Grauwertbilds mit der Repräsentation 4'.
Davon könnte dann beispielsweise jeweils der beste verwendet werden. Statt sowohl das farbbezogene Grauwertbild und das helligkeitsbezogene Grauwertbild zu vergleichen (lokal oder global), könnte auch über die Bildhelligkeit oder die Aufnahmebedingungen oder andere Kriterien entschieden werden, dass nur jeweils das sinnvollere Grauwertbild verglichen wird.
Dann würde beispielsweise bei einer dunklen Aufnahme oder einer Aufnahme, in der keine Reflexionen detektiert werden können, ein Vergleich mit dem helligkeitsbezogenen Grauwertbild erfolgen und in einer hellen Aufnahme oder einer Aufnahme, in der Reflexionen detektiert werden können, ein Vergleich mit dem farbbezogenen.
Das helligkeitsbezogene Grauwertbild könnte auch mit anderen als den üblichen in den Gleichungen (10) bis (12) berechneten Parameter berechnet werden.
Statt einem Grauwertbild könnte auch ein Binärbild für den Vergleich erzeugt werden. Dort gäbe jedes Pixel direkt an, ob sich dort ein Objekt, nämlich ein Kupferdraht 7', befindet oder nicht.
Ob ein Binärbild sinnvoll ist, hängt von der Vergleichsmethode ab. Für die hier beschriebene Korrelation ist ein Grauwertbild besser geeignet. Für die Stellen, an denen sich keine Objekte, nämlich Kupferdrähte 7', befinden sollten, kann mit einem Binärbild zusätzlich geprüft werden, ob dort auch wirklich keine sind. Ein Binärbild kann aber aus dem beschriebenen Grauwertbild leicht durch eine Schwellwertbildung erzeugt werden.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel bietet den Vorteil geringeren Rechenaufwands, da kein Histogramm erstellt werden muss. Die Wahl, dass große Grauwerte eine hohe Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins der Objekte, nämlich Kupferdrähte 7', und niedrige Grauwerte eine geringe Wahrscheinlichkeit bedeuten, entsprechend der Parameterwahl der Gleichungen (2) bis (4), führt zu intuitiv zu interpretierenden Grauwertbildern, da ohne Reflexionen die Helligkeit an den Stellen der Objekte auch geringer ist als die Helligkeit des Hintergrunds.
Bei nicht beeinflussbaren Beleuchtungsbedingungen bietet das hier beschriebene Verfahren gegenüber dem Stand der Technik eine wesentliche Verbesserung der Objektdetektion, da Reflexionen nicht mehr stören.
Die Gestaltung der Beleuchtungsbedingungen kann so gewählt werden, dass keine Reflexionen auftreten. Bei solchen beeinflussbaren Beleuchtungsbedingungen bietet das Verfahren gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass keine speziellen teuren Beleuchtungen erforderlich sind und die Lösung daher kostengünstiger ist.
Außerdem entfällt der Aufwand, die Beleuchtungsbedingungen zu optimieren, wie beispielsweise durch spezielle reflexionsarme Anordnungen oder die Auswahl geeigneter Beleuchtungen.
Es ist allerdings eine Farbkamera erforderlich, was sich bei industriellen Anwendungen mehr und mehr durchsetzt. Bei der Validierung von Sicherheitsetiketten 1 mit Smartphones werden jedoch ohnehin stets Farbbilder erzeugt.
Das hier beschriebene Verfahren ist überall dort sinnvoll einsetzbar, wo an Hand von reflexionsbehafteten Farbaufnahmen, farbige Objekte im Bild hervorgehoben oder erkannt werden sollen oder deren Lage bzw. Position bestimmt werden soll.
Das Verfahren gemäß Anspruch 10 kann an einem Sicherheitsetikett 1 nach einem der Ansprüche 1 bis 4 durchgeführt werden, gegebenenfalls in Kombination mit den Verfahren gemäß den Ansprüchen 5, 7 und 8.
Bezugszeichenliste

1: Sicherheitsetikett
2: Grundkörper
3, 3': Zufallsmuster
4, 4': Repräsentation
4a: Drahtmusterbild
5: Mittel
6, 6': Feld
7, 7': Kupferdraht
8: Vergleichsstelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7664290 B2 [0009]
US 7639820 B2 [0010]
US 2009116075 A1 [0011]
EP 2000992 A1 [0012]
EP 2024899 A1 [0013]
US 2010025478 A1 [0014]
EP 1597083 B1 [0015]
US 4423415 A [0016]
DE 10304805 A1 [0017, 0161]
WO 2005029447 A1 [0018, 0160]
DE 102009016194 A1 [0019, 0162, 0189]
DE 102009030581 A1 [0020]
US 7664486 B2 [0021]
DE 102009008779 A1 [0022, 0164]

Claims

Sicherheitsetikett (1), umfassend einen Grundkörper (2), welchem ein Zufallsmuster (3, 3') und eine Repräsentation (4, 4') des Zufallsmusters (3, 3') zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) Mittel (5) aufweist, durch welche Vergleichsinformationen und/oder Vergleichsdaten erfassbar sind, welche Abweichungen zwischen dem Zufallsmuster (3) und dessen Repräsentation (4, 4') identifizieren.
Sicherheitsetikett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (5) eine Verbindung zu einer Datenbank herstellen und/oder die Vergleichsinformationen und/oder Vergleichsdaten kodiert enthalten.
Sicherheitsetikett nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (5) in der Repräsentation (4, 4') integriert sind.
Sicherheitsetikett nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zufallsmuster (3, 3') durch auf ein Feld (6, 6') gestreute Kupferdrähte (7, 7') gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitsetiketts (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: – Erzeugen eines Zufallsmusters (3, 3'), – Bildliches Erfassen des Zufallsmusters (3, 3') durch eine Erfassungseinrichtung, – Erzeugen einer Repräsentation (4, 4') des Zufallsmusters (3, 3') und – Vergleichen des Zufallsmusters (3, 3') mit der Repräsentation (4, 4'), wobei Abweichungen der Repräsentation (4, 4') vom Zufallsmuster (3, 3') als Vergleichsinformation und/oder Vergleichsdaten erfasst und auf dem Sicherheitsetikett (1) und/oder in einer Datenbank hinterlegt werden.
Vorrichtung zur Herstellung eines Sicherheitsetiketts (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welche die Verfahrensschritte des voranstehenden Anspruchs ausführt.
Verfahren zur Durchführung einer Echtheitsprüfung an einem Sicherheitsetikett (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend die Schritte: – Erfassen einer Repräsentation (4, 4'), – Gegebenenfalls Dekodieren der Repräsentation (4, 4') und – Vergleichen des Zufallsmusters (3, 3') mit der Repräsentation (4, 4'), wobei Abweichungen der Repräsentation (4, 4') vom Zufallsmuster (3, 3') unter Berücksichtigung von Vergleichsinformationen und/oder Vergleichsdaten bewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berücksichtigung der Vergleichsinformationen und/oder Vergleichsdaten ein Grad der Übereinstimmung eines am schlechtesten übereinstimmenden Merkmals bestimmt und mit einem Schwellwert S₂ verglichen wird, wobei das Sicherheitsetikett (1) nicht als „echt” klassifiziert wird, wenn der Schwellwert S₂ des Grades der Übereinstimmung unterschritten wird.
Vorrichtung zur Durchführung einer Echtheitsprüfung an einem Sicherheitsetikett (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welche die Verfahrensschritte der voranstehenden Ansprüche 7 und/oder 8 ausführt.
Verfahren zur Erkennung farbiger Zufallsmuster (3') auf einem Sicherheitsetikett (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem Auswirkungen von Reflexionen bei der Weiterverarbeitung aufgenommener Bilder vermieden werden, indem statt oder ergänzend zur Auswertung helligkeitsbasierter Grauwertbilder, Grauwertbilder verwendet werden, welche durch Auswertung von Farbkanälen gewonnen sind, wobei Farbkanäle ausgewertet werden, um einen nachteiligen Einfluss von Reflexionen in einer Farbaufnahme zu vermeiden.